电压质量问题分析及其提升对策研究

华北电力大学 李安

南方电网科学研究院有限责任公司生产技术支持中心 罗文海

0 引言

科技的不断发展使得各种电力电子装置在我们的生产和生活中得到广泛应用，而电气化铁道、电弧炉炼钢、变频装置等冲击性、非线性负荷会对电能质量造成不同程度的污染，从而影响到人们的用电品质。电能质量问题已经成为电工领域的重要研究课题，因此对如何改善和提升电能质量进行研究具有十分重要的意义。

作为电能质量的一项重要指标，电压质量可以直接反映出供电部门向用户提供的电能是否合格，其优劣直接会对用户（尤其是医疗设备、自动化装置、通讯设备及计算机等敏感用户）产生巨大影响，如果不采取合适的缓解措施，电压干扰将影响这些设备的正常工作甚至是造成设备的损毁。电压质量包括过电压、欠电压、电压跌落、电压不平衡、幅值偏差等众多部分，国网公司和南方电网公司都明确指出要将提高电压质量作为电网运行管理的重要目标，这意味着 电力市场化进程的不断深入是构建在电压质量不断完善的基础之上。

1 电压质量问题的概述

自《电力法》在我国颁布以后，电力就作为一种特殊商品进入了市场，用户对电力这种特殊商品可以进行自主选择及监督，对因供电企业责任而给自身造成的经济损失（如电压质量异常而造成用电设备的损坏），还可以追究供电企业的责任。确保配电网的运行稳定性和自动化水平是供电企业长期以来的重要任务，电力从业者从20世纪80年代就已经意识到配电网运行中存在的潜在问题（如配电网规划不合理、配电设备比较老旧等），因此很多全国性电力大会都以如何改造配电网为会议主题，并且制定了多种更改计划[1]。

就我国的实际情况而言，6kV和10kV配电网的规模巨大且负荷情况复杂，其电压质量的改善显得尤为重要。当长期以来，我国对6kV和10kV配电网的建设认识不到位，它们的建设和发展严重滞后于输电网，这使得电压质量长期达不到合格标准，影响了经济和社会的发展。

一般而言，电压质量问题主要受到短时间电压变动和长时间电压变动的影响，因此本文将就这两种情况进行重点探讨。

1.1 短时间电压变动

造成短时间电压变动的原因比较复杂（如大容量负荷启动、系统故障、与电网松散连接的间歇性负荷运作等），它可能引发电压跌落或暂时过电压，严重时还会使电压完全损失[2]。不管电力系统故障发生在解决关心点还是远离关心点，只要在保护装置动作没有将故障清除前，都将对电压产生短时冲击影响，从而引发短时间电压变动。按照持续时间的长短，短时间电压变动还可以被划分为瞬时电压变动、暂时电压变动和短时电压变动等三种类型。

1.2 长时间电压变动

在工频条件下电压均方根值偏离了额定值，此种偏离现象超过1min就将其称为长时间电压变动，它可能是欠电压可能是过电压。一般情况下，电力系统故障是不会引发欠电压或过电压的，它们主要是由于系统的开关操作或负荷变动而引起的。下表分别对欠电压、过电压、电压不平衡、持续中断等各种长时间电压变动现象进行简单的阐述。

表 各种长时间电压变动现象

2 电压质量问题产生的原因

电压质量问题比较复杂，造成其发生的原因也是多种多样，笔者归纳了一下，大体上包括电力系统设备的非线性特性、非线性负载、电网结构的不合理、电力系统运行的故障及其他因素，下面分别对它们进行阐述（见下图）。

图 电压质量问题的发生原因

2.1 电力系统设备的非线性特性

在大量电力电子装置投入运行前，电力变压器和发电机（公用电网的电源）是电力系统中最主要的谐波源。在电力系统实际运行中，受到多种因素的影响，发电机的感应电动势不是理想的正弦波，因此其输出电压中势必会包含一定的谐波。而电力变压器励磁回路的非线性是引发谐波电流产生的主要原因，故变压器谐波电流的大小和变压器的连接方式、变压器铁心的饱和程度、变压器铁心的结构等密切相关。

2.2 非线性负载

非线性负载在生活和工业用电负载中占了较大的比重，它是电力系统谐波的主要来源。作为最主要的非线性负载，电弧炉的谐波由起弧的时延和电弧的严重非线性引起，电弧长度的随机性和不稳定性造成电流谐波频谱的复杂性，同时也会引发严重的谐波电流（含量最高的3次谐波还会引发谐振而放大谐波，从而引发电压波形的严重畸变）。近年来变频装置和电功率整流装置在我国工业生产中得到了极为广泛的应用，使得非线性负载所产生的谐波电流对电网造成了极大的污染，降低了功率因素。

2.3 电网结构的不合理

在规划初期，我国不少地区（尤其是农村和山区供电线路）的电网结构都存在布局不合理的问题，如供电导线截面偏小、供电线路迂回严重、变压器布点不科学、供电半径偏大等比比皆是，这些问题加大了线路的电压损耗，严重时会引发线路末端电压的严重偏低。

2.4 电力系统运行的故障

电力系统在运行过程中受到内外部因素的影响会发生各种运行故障，而这些运行故障也是引发电压质量问题的重要因素，如误操作、雷击跳闸、短路故障、故障保护装置中电力电子设备的启动、励磁系统工作状态的改变等。

2.5 其他原因

除了上述几种原因外，部分配电线路带有多台大容量电动机、配电变压器数量过多、配变和电动机设施落后、配电线路带有变化迅速的工业负荷等因素都会引发电压质量问题。此外，在南方不少地区的配电线路中有小水电站分布，在丰水期这些小水电站的同时工作也会造成线路电压的严重偏高。

3 电压质量提升的对策措施

传统提升配电网电压质量的措施，是局部并联电容器组或调节有载调压变压器的分接头，但是传统方法的局限性比较明显，因此此后一些现代方法被陆续采用并取得不错效果。

3.1 传统方法的应用

1）局部并联电容器组。局部并联电容器组的调节方式可以对系统的无功功率进行补偿，因此对电压偏低的问题可以进行良好解决，但此种方式的缺陷是无法解决轻载电压偏高的问题。

2）调节有载调压变压器的分接头。此种调节方式可以确保电压的稳定，但缺陷是不能够改善系统无功需求平衡状态，同时可能对变压器运行的可靠性产生影响[3,4]。

3.2 用户电力技术的应用

作为将计算机、电力电子和控制等高新技术运用于中低压配电网的一项先进技术，用户电力技术能够完美解决电压波动和闪边、谐波畸变及电压不对称等问题，从而对电压质量进行提升。在改善电网电压质量时，用户电力技术中涉及到的装置主要包括如下几类[5,6]：动态电压恢复器（DVR），其用途是对敏感负荷（如半导体生产厂家）进行电源电压波动和闪变的补偿；固态电子转换开关（SSTS），其用途是克服传统机械开关反应慢的缺陷来保障双回线路的快速切换；静止调相机（STATCOM），其用途是对动态非线性负载（如电弧炉）进行系统功率因素和电压的调节；不间断稳压电源（UPS），其用途是对重要负荷（如医院）进行电源电压波动和闪变的补偿。

3.3 制度手段的应用

前面两种方法都是从技术手段着手，探讨如何通过采用相应的技术方法来对电压质量进行提升。事实上，电压质量的提升是一个复杂的系统工程，与制度和技术两个层面息息相关，因此这里将探讨制度手段的应用。

（1）需求侧管理的强化

电力企业可以从如下方面来强化需求侧管理：台区用户错峰用电管理工作的开展，积极鼓励和引导小型加工等较大负荷用户进行错峰用电，确保生产和生活用电的稳定性和安全性；对分相用电量进行统计分析，定期测量台区三相不平衡且对单相负荷所接相别进行调整，从而对三相不平衡度进行控制；强化营销数据的采集和分析工作，切实开展精细化营销；对低压用户装接容量进行确定，宣传和鼓励用户采用节能电器[7]。

（2）设备运行维护工作的强化

电力企业可以从如下方面来强化设备的运行维护工作：构建完善的电压无功设备运行维护管理制度，一旦发现电压无功设备存在缺陷或故障要及时处理，确保电压无功设备的完整性和正常工作；构建“低电压”配电台区台账，结合配变停电检修计划，确保在负荷高峰来临前对配电分接头进行调整；强化电网调度的电压管理，对变电站电压控制情况进行及时的分析，并且及时投退电压无功设备。

（3）低压用户优质服务工作的强化

电力企业要为低电压用户构建完善的档案，一旦发生低电压投诉事件要及时派专人负责，对低电压发生的原因进行查找并及时处理；设立低电压投诉点，允许用户通过电话进行低电压事件的投诉，并且构建完善的投诉处理机制，确保用户反映的低电压问题能够及时得到解决[8]。

（4）低电压监测网络建设的强化

电力企业要构建完善的电网电压质量监测网络和管理平台，对电压监测装置进行定期维护和检查，一旦发现电压监测装置存在缺陷要及时处理或更换；开展低压用户典型日电压曲线绘制工作，对配电台区的运行规律进行研究，并且不定期开展低电压情况的抽查和普查工作。

（5）电压质量考评指标的制定

电力企业在对电网电压质量进行考评时，主要从如下四个指标来衡量：综合电压合格率≥98%，A类电压合格率≥98%（按变电站考核），C类电压合格率≥96%（按10kV配电线路考核），D类电压合格率≥96%（按低电压户考核）。

电力企业在对电网电压质量管理情况进行考核时，主要从如下四个指标来衡量：低电压客户比率＜5%，低电压投诉事件环比≤5%（纯管理层面原因），低电压投诉处理率100%（纯管理层面原因），低电压投诉回访率100%。将上述四项指标分解到变电站、配电线路、配变台区，分层、分级统计和考核。

（6）电压质量指标的分级控制

电力企业要根据电压质量管理职责的范围，对电压质量指标进行“分级、分压、分线、分台区”管理控制，在原A、C、D类电压监测分析、供电区指标考核的基础上，推行“线变”（高低压配电线路、配变台区）责任制。此外，要对重点治理的低电压整治典型台区和低电压投诉点进行全过程跟踪管理与考核。

4 结束语

电压质量是否合格直接关系着电力用户的用电可靠性和安全性，故本文笔者从技术层面和制度层面入手，探讨了电网电压质量的提升对策，具有一定的参考价值。当然本文的研究存在一定的局限性，笔者相信随着技术的不断发展，一定会有更多的方法得以应用，这需要我们电力工作者的不断总结和完善。

[1]孙可.电能质量分析方法与控制技术探讨[J].能源工程,2004(12)．

[2]杨廷强,翁利民.电能质量及其改善措施的研究[J].电气工程应用,2006(2)．

[3]朱水强,尹忠东,肖湘宁,申展.电能质量监测技术综述[J]．电气时代,2007(5)．

[4]胡铭,陈珩.电能质量及其分析方法综述[J].电网技术,2000，24(2)．

[5]陈警众.电能质量讲座(第2讲)[J].供用电,2000,17(4)．

[6]邓俊雄,曹莹.一种先进的电网谐波检测方法[J].电工技术学报,2000(6)．

[7]麦敏坚.探讨改善配网的电压质量[J].广东科技,2008(8).

[8]杨玺.提高配网电压质量方法研究[J].电工技术,2011(6).